首个在室温下运行的强光物质相互作用拓扑量子模拟器

伦斯勒理工学院的研究人员制造出了一种不比人类头发丝宽的装置，它将帮助物理学家研究物质和光的基本性质。他们的研究成果发表在《自然纳米技术》杂志上，还可以支持开发更高效的激光器，用于从医学到制造业的各个领域。

该设备由一种称为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。光子拓扑绝缘体可以引导光子(组成光的波状粒子)到达材料内专门设计的界面，同时还可以防止这些粒子通过材料本身散射。

由于这种特性，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样相干地运动。这些设备还可以用作拓扑“量子模拟器”，研究人员可以在微型实验室中研究量子现象，即在极小尺度上控制物质的物理定律。

“我们创造的光子拓扑绝缘体是独一无二的。它在室温下工作。这是一个重大进展。以前，人们只能使用大型、昂贵的设备来研究这种情况，这些设备在真空中对物质进行超冷却。许多研究实验室无法使用这种设备，所以我们的设备可以让更多的人在实验室中进行这种基础物理研究，”RPI材料科学与工程系助理教授、这项研究的资深作者WeiBao说。

鲍哲南补充道：“这也是在开发需要更少能量来运行的激光器方面向前迈出的有希望的一步，因为我们的室温设备阈值——使其工作所需的能量——比以前开发的低温设备低七倍。”

RPI的研究人员利用半导体行业制造微的相同技术创造了他们的新设备，该技术涉及将不同种类的材料逐个原子、逐个分子地分层，以创建具有特定属性的理想结构。

为了制造这种装置，研究人员培育了超薄的卤化钙钛矿板(一种由铯、铅和氯制成的晶体)，并在其顶部蚀刻了一种带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料片之间，最终形成了一个约2微米厚、100微米长和宽的物体(人类头发的平均宽度为100微米)。

当研究人员用激光照射该设备时，材料设计的界面上出现了发光的三角形图案。该图案由设备的设计决定，是激光拓扑特性的结果。

“能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。鲍教授的创新工作展示了材料工程如何帮助我们解答一些科学上的重大问题，”RPI工程学院院长ShekharGarde说道。